Предмет теории совместного действия сложных систем. Процессы самоорганизации и кооперации в природе. Катастрофы и бифуркации синергетической системы. Концептуальная идея движения от хаоса к порядку и наоборот. Мировоззренческая парадигма синергетики.
Аннотация к работе
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации"Каждая из естественнонаучных дисциплин - физика, химия, геология, биология и другие - изучает определенный вид бытия. Эйнштейна, опыты Резерфорда с альфа-частицами, работы Нильса Бора, исследования в химии, биологии, психологии и других науках показали, что мир гораздо разнообразнее, сложнее, чем это представлялось механистической науке, и что сознание человека изначально включено в само наше восприятие действительности. В свете этого принципа, признающего за Вселенной первичную динамическую неопределенность, оказалось возможным выработать новое понимание эволюции. Одна и та же энергия, одни и те же принципы обеспечивают эволюцию на всех уровнях: от физико-химических процессов до человеческого сознания и социально-культурной информации. Однако синергетика, как новая парадигма, переворачивает наше сознание того, что и в мире неживой природы новые упорядоченные структуры могут возникать из неупорядоченного хаоса и сохраняться неизменными при наличии постоянного притока энергии.Как я обозначила выше, что термин "синергетика" введен Г. Хакеном для обозначения междисциплинарного направления, в котором, как он и предполагал, результаты его исследований по теории лазеров и неравновесным фазовым переходам смогли дать идейную основу для плодотворного взаимному сотрудничества исследователей из различных областей знания. Хакена в нестрогом смысле базируется на ранее выдвинутых теориях, например: Чарлз Скотт Шеррингтон (1857-1952), называвший синергетическим согласованное действие нервной системы при управлении мышечными движениями; Станислав Улам (1909-1984), говоривший о синергии, в форме непрерывного сотрудничества между компьютером и оператором и др. Однако притом, что имеется неформальная связь явлений, названных "синергетика", по существу содержания предшественники Г. Хакена) синергетика нашла содержание для себя и привнесла новые идеи: в теорию лазеров и термодинамику неравновесных процессов, и теорию нелинейных колебаний и автоволновых процессов; в теорию бифуркации и теорию структурной устойчивости; в теорию катастроф.Главной заслугой синергетики считается открытие ею процессов самоорганизации и кооперации в природе - это шаг вперед в познании мира. И хотя авторы синергетики вначале подметили явления самоорганизации только для отдельных физических и химических процессов, но в дальнейшем синергетика была распространена практически везде. Вместе с тем анализ показывает, что самоорганизация - это не кооперация под воздействием случайных факторов в состоянии неустойчивости, а процессы, причины которых заложены в природе. Эти процессы происходят на всех уровнях иерархии Вселенной и обеспечиваются всеми действующими в ней законами и силами. Самоорганизация проявляется на уровне живой клетки, тканей, образованных из клеток, на уровне органов, систем органов, выполняющих определенные функции организма, и, наконец, всего организма в целом.Понятие структуры, основное для всех наук, занимающихся теми или иными аспектами процессов самоорганизации, при любой степени общности предполагает некую жесткость объекта - способность сохранять тождество самому себе при различных внешних и внутренних изменениях. Интуитивно понятие структуры противопоставляется понятию хаоса как состоянию, полностью лишенному всякой структуры. Однако, как показал более тщательный анализ, такое представление о хаосе столь же неверно, как представление о физическом вакууме в теории поля как о пустоте: хаос может быть различным, обладать разной степенью упорядоченности, разной структурой. Начиная с 70-х годов нашего века в фокусе внимания синергетики оказываются сложные системы с самоорганизующимися процессами, системы, в которых эволюция протекает от хаоса к порядку, от симметрии ко все возрастающей сложности. Насколько важно изучать хаос и переходы в это состояние из равновесия, показывают такие примеры, как, например, распад СССР.Самое сложное и, пожалуй, интересное в поведении синергетической системы - это наличие разного рода скачков, или "катастроф", когда система, при непрерывном изменении управляющих параметров резко и скачком меняет значение управляемых параметров. В этом случае управляющие параметры принадлежат плоскости проецирования поверхности, а управляемые параметры испытывают "бифуркацию" (раздвоение или размножение), выбирая один из множества прообразов, создавая новую структуру.
План
Оглавление
Введение
1. Понятие и предмет синергетики
2. Самоорганизация
3. От хаоса к порядку и наоборот
4. Катастрофы и бифуркации синергетической системы
Заключение
Список литературы
Введение
Как мы все знаем, естествознание состоит из многих наук. Каждая из естественнонаучных дисциплин - физика, химия, геология, биология и другие - изучает определенный вид бытия. Подобно видам бытия, науки находятся между собой в некоторых соотношениях.
В начале XX века был сделан целый ряд открытий, в корне изменивших видение мира современным естествознанием. Теория относительности А. Эйнштейна, опыты Резерфорда с альфа-частицами, работы Нильса Бора, исследования в химии, биологии, психологии и других науках показали, что мир гораздо разнообразнее, сложнее, чем это представлялось механистической науке, и что сознание человека изначально включено в само наше восприятие действительности.
Нобелевский лауреат Илья Пригожин положил начало новому принципу осмысления действительности. В свете этого принципа, признающего за Вселенной первичную динамическую неопределенность, оказалось возможным выработать новое понимание эволюции. Одна и та же энергия, одни и те же принципы обеспечивают эволюцию на всех уровнях: от физико-химических процессов до человеческого сознания и социально-культурной информации. Вселенная оказывается единой во всех своих пластах, живой, развивающейся, восходящей на новые ступени бытия.
Природа - растительный и животный мир - постоянно поражает нас разнообразием своих форм и изяществом их структур: начиная с тех, которые мы встречаем в природе, и заканчивая теми, что присущи разумной жизни; мы настолько привыкли к ним, что зачастую уже не осознаем, каким чудом является само их существование. А как зарождаются эти структуры, ведь их самозарождение противоречит всем физическим принципам. Однако синергетика, как новая парадигма, переворачивает наше сознание того, что и в мире неживой природы новые упорядоченные структуры могут возникать из неупорядоченного хаоса и сохраняться неизменными при наличии постоянного притока энергии.
В каждом процессе становления структуры принимает участие великое множество отдельных элементов, которые неизбежно вступают во взаимодействие друг с другом, образовывая комплексные системы. Эти системы подчинены правилам - правилам поведения отдельных составляющих элементов - неким шаблонам поведения. А для синергетики интерес представляют не отдельные эти правила, а общие законы, по которым формируются структуры, состоящие из сложных процессов.
Термин "синергетика" ввел немецкий ученый Герман Хакен, впервые озвучен термин докладом "Кооперативные явления в сильно неравновесных и нефизических системах" в 1973 году. В переводе он буквально означает "теория совместного действия" или как многие называют "наука о самоорганизации". Под самоорганизацией при этом понимается спонтанный переход открытой неравновесной системы от менее к более сложным и упорядоченным формам организации.
Синергетика это новый этап изучения сложных систем, продолжающий и дополняющий кибернетику и общую теория систем.
Если кибернетика занимается проблемой поддержания устойчивости путем использования отрицательной обратной связи, а общая теория систем - принципами их организации (дискретностью, иерархичностью и т.п.), то новая наука фокусирует свое внимание на неравновесности, нестабильности как естественном состоянии открытых нелинейных систем, на множественности и неоднозначности путей их эволюции. Синергетика исследует типы поведения таких систем, то есть нестационарные структуры, которые возникают в них под действием внешних воздействий или изза внутренних факторов (флуктуаций).
Синергетика в значительной мере опирается на идеи, методы и принципы нелинейной термодинамики неравновесных процессов, на достижения, полученные при решении задач нелинейной теории колебаний в радиотехнических системах.
А качественная теория дифференциальных уравнений, начало которой было положено в трудах Анри Пуанкаре, и выросшая из нее современная общая теория динамических систем вооружила синергетику значительной частью математического аппарата. Математический аппарат синергетики скомбинирован из разных отраслей теоретической физики: нелинейной неравновесной термодинамики, теории катастроф, теории групп, тензорного анализа, дифференциальной топологии, неравновесной статистической физики.
В данной работе я постараюсь раскрыть и осмыслить само существо и понятие синергетики - нового направления современной научной мысли, а также определить некоторые теории, понятие, системы и объекты синергетики.
По замыслу своего создателя профессора Германа Хакена, синергетика призвана играть роль своего рода метанауки, подмечающей и изучающей общий характер тех закономерностей и зависимостей, которые частные науки считали "своими". Поэтому синергетика возникает не на стыке наук в более или менее широкой или узкой пограничной области, а извлекает представляющие для нее интерес системы из самой сердцевины предметной области частных наук и исследует эти системы, не апеллируя к их природе, своими специфическими средствами, носящими общий ("интернациональный") характер по отношению ко взятым за основу наукам. Физик, биолог, математик, экономист, психолог и т.д. видят свой материал, и каждый из них, применяя методы своей науки, обогащает общий запас идей и методов синергетики.